CN221408563U - 轴向磁场三角连接三相永磁电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供轴向磁场三角连接三相永磁电机，与径向磁场电机不同，其电机的定子和转子构成的平面与电机转轴相垂直，定子和转子产生的磁力线与电机轴相平行，定子按跨三个电枢槽围绕二个电枢齿方式绕制定子线圈，定子和转子产生的磁力线与电机转轴相平行，电机采用三角连接接法，无需驱动器就可以直接在三相交流电源上使用，也可以经交流变频器进行转速调节，并且也是高效永磁无刷电机，可以经无刷电机驱动器进行驱动运转，每次驱动时都对含有永磁体的磁性转子的全部南北极都进行驱动，实现了高的电能驱动效率和高的功率密度。在工业动力应用上实现了节能减排，具有取代现在广泛使用的三相交流电机的应用前景和非常重大的意义。

Description

轴向磁场三角连接三相永磁电机

本发明公开了轴向磁场三角连接三相永磁电机。

技术领域

本发明涉及三相交流电机和无刷电机技术领域。

背景技术

轴向磁场三角连接三相永磁电机是一种新型的电能转化为机械能产品。

三相交流电机，是工业应用中电能转化为机械能典型的主要方式，其原理为在圆筒形定子上饶有三相绕组线圈，当通过三相交流电时，产生旋转磁场，并在鼠笼式转子上感应出电流并产生出转子上的磁场，定子和转子的磁场相互作用，驱动转子旋转，输出机械能。在现有的技术中，电机的定子上在鼠笼式转子上感应出电流过程中由于定子和转子之间的不得不存在的气隙使得感应电流减小而产生损耗，并且鼠笼式转子上感应出电流并产生出转子上的磁场也将再次存在损耗，使得电机效能下降。而本发明的轴向磁场三相永磁电机采用的是定子和转子的磁力线与圆盘形转子转轴相平行的方式，将定子上三相交流电产生的旋转磁场直接作用于具有永磁体的转子上，驱动转子旋转，提高了电能到输出机械能的转换效率，同时轴向磁场三相永磁电机也是高效永磁无刷电机，可以这在工业动力应用中对于节能减排，绿色低碳都具有着很重要的意义。

发明内容

在本发明的轴向磁场三相永磁电机中，采用的是定子和转子的磁力线与圆盘形转子转轴相平行的方式，其电机定子用导磁体材料构成，可用带状硅钢片卷绕成盘状后经开槽加工而成，亦可以用导磁性材料经压铸，烧结等方式制造而成，完全改变了传统径向电机的制造方式和节约了原材料，转子上永磁体的安装平面与电机轴相垂直，永磁体的磁力线按电机轴向分布，永磁体的磁极在安装平面上以南极北极相邻方式排列安装，形成南极北极相邻的轴向磁场，其定子线圈的绕制方式按分布方式跨三个电枢槽围绕二个电枢齿绕制，定子的三个绕组之间采用三角连接，定子和转子产生的磁力线与电机轴相平行，无需驱动器就可以直接在三相交流电源上使用，也可以经变频器进行速度调节，相对于传统的三相交流电机在同样规格情况下提高了电机效率和功率，本发明同时也是永磁无刷电机，可经无刷电机驱动器进行驱动运转，在每次驱动时都对含有永磁体的磁性转子的南北极都进行驱动，提高了效率并增大了转矩和驱动功率，故命名为轴向磁场三角连接三相永磁电机。

本发明的轴向磁场三角连接三相永磁电机，包括电机定子和永磁体转子，其电机定子平面与电机轴相垂直，导磁体材料构成的定子上按径向构造有用于绕制定子线圈的电枢齿，电枢齿构成的平面与电机转轴相垂直，电枢齿之间有用于绕制三相定子绕组的电枢槽，定子上电枢齿之间按跨三个电枢槽围绕二个电枢齿绕制定子线圈的方式绕制有三相定子绕组，通电驱动时产生轴向磁场；转子上永磁体的安装平面也与电机转轴相垂直，其磁力线按轴向分布，转子上永磁体的磁极南极北极相邻排列，通电驱动时转子上每一个南极和北极都同时被定子线圈产生的磁场的排斥力和吸引力进行驱动；三相绕组之间采用三角连接，在应用于三相交流电时三相定子绕组的输入端分别接于三相交流电的三根相线；在应用于永磁无刷电机时三相定子绕组的输入端分别接于无刷电机驱动器的三个输出端。

本发明的轴向磁场三角连接三相永磁电机的定子上绕组的绕制方式和各相绕组之间的连接方式是，在定子电枢齿上同一相绕组的绕制方式是在跨三个电枢槽围绕二个电枢齿绕制，同一相绕组相邻二个线圈绕向相反，并且当不计相邻二个线圈中心所在的电枢槽时，二个线圈的中心相隔二个电枢槽；三相绕组的绕制方式相同；相邻相的绕组其相邻的一个绕组边在同一个电枢槽放置；三相绕组完成后，将一相绕组的起端与相邻相的绕组的末端相连，三相绕组都如此按照一相绕组的起端与相邻相的绕组的末端相连接形成绕组的三个输入端，组成传统的三角形连接；在三相绕组的其中一相绕组绕向相反于其他二相绕组绕向时，交换该相绕组的起始端和结束端再按上面方法连接构成相同的电气特性。

本发明的轴向磁场三角连接三相永磁电机，其电机转子到构造方式为，圆盘形转子上永磁体的安装平面与电机轴相垂直，安装的永磁体的磁力线按轴向分布，永磁体的磁极南极北极相邻排列。

本发明的轴向磁场三角连接三相永磁电机的永磁体转子上的磁极数量与定子绕组相数和定子上按单面计电枢槽数的关系是：定子上按单面计的电枢槽数等于转子上永磁体按单面计的南极与北极之和的数量乘以定子绕组相数3。

本发明的轴向磁场三角连接三相永磁电机，在应用于三相交流电时，定子上三相绕组的输入端分别接于三相交流电的三根相线上，三相交流电各相相位相差120度，由三相交流电驱动电机转子旋转。

本发明的轴向磁场三角连接三相永磁电机，在应用于永磁无刷电机时，定子上三相绕组的输入端分别接于无刷电机驱动器对应的三个输出端，由具有输出六个驱动状态的无刷电机驱动器驱动电机转子旋转。

本发明的轴向磁场三角连接三相永磁电机，在应用于三相交流电时，电机转子转动速度由能改变输出频率的各相相位相差120度的三相交流变频器进行调节，三相交流变频器输出的三根相线分别接于定子上三相绕组的三个输入端上。改变变频器输出的三相交流电的频率从而达到调节转速的目的。

附图说明

图1是电机总体结构图。

图2是一个三相12个电枢齿定子按分布式绕制方式的定子M1示意图。

图3是位于转子另一边的三相12个电枢齿定子按分布式绕制方式的定子M1示意图。

图4是为了便于理解而把图2分解只显示定子上一相绕组(U相)的绕制图。

图5是转子一边的磁性结构图，其另外一边磁性相反。

图6到图17是U相电流为0度起，以30度为单位描述三相驱动电流所产生的磁场和对转子的驱动图，从0度到330度。

图18到图23是作为无刷电机时六个驱动状态产生的磁场和对转子的驱动图。

图24是将V相采取与其他二相绕组采取相反绕向时的绕制图。

图25是按图24将V相采取与其他二相绕组采取相反绕向时，在U相电流为30度时三相驱动电流所产生的磁场和对转子的驱动图。

具体实施方式

本发明的轴向磁场三相永磁电机定子电枢槽数等于定子上按单面计的电枢槽数等于转子上永磁体按单面计的南极与北极之和的数量乘以定子绕组相数3，具体可以在图2中可以看到，以三相绕组，二对4磁极为例，槽数等于4极乘3为12槽；如果采用六对12磁极，就为36槽。

本发明的轴向磁场三相永磁电机定子绕组的绕制方式是跨三个电枢槽围绕二个电枢齿间绕制，并且同一相绕组的相邻二个线圈绕制方向相反，在当不计二个线圈中心所在的电枢槽时，相邻二个线圈的中心相隔2个电枢槽，如此保持同一相绕组的相邻二个线圈绕制方向相反直到绕制完毕，对于其余二相的绕组也用同样的方式绕制，相邻相的绕组其相邻的一个绕组边在同一个电枢槽放置。这在图1到图3中可以看到。三相绕组之间，按照一相绕组的起端与另一相绕组的末端相连接形成绕组的三个输入端，形成传统的三角形接法连接。下面就以具体的一个定子是12个电枢齿，转子是4个磁极的轴向磁场三角连接三相永磁电机的具体实施方式进行说明其绕制和驱动方式。

图1是本发明的结构示意图，1是永磁体的安装平面与电机轴7相垂直的转子，磁力线按轴向分布，1上S和N是永磁体的南极和北极，永磁体在安装平面上磁极南北相间排列。2是由导磁体材料构成的定子，其定子平面与电机轴相垂直，定子上构造有用于绕制定子线圈的电枢齿，电枢齿构成的平面也与电机轴相垂直，电枢齿之间有用于绕制定子绕组的电枢槽。3是电机二端的端盖。4是电机轴与端盖相接的轴承。5是电机壳体。6是定子上围绕电枢齿绕制的绕组线圈。

图2是展示了定子和电枢齿的平面图，定子上按径向构造有用于绕制定子线圈的电枢齿，电枢齿之间有用于绕制三相定子绕组的电枢槽，1到12是导磁体材料构成的电枢齿，1到12之间是绕制绕组线圈的电枢槽(以三相4磁极12电枢齿为例示范)。

图3是另一个与图2相对的在转子另外一边的三相12电枢齿定子绕制方式的定子示意图，它位于转子的另一边，与图2的定子在同一通电驱动状态下产生相异的磁性，驱动转子的另一面相异的磁性，图上箭头也表示绕制方向，为清晰起见，转子的另一边的这一部分后面不再描述。

图5展示了转子的平面图，其转子上永磁体的安装平面与电机轴相垂直，永磁体的磁力线按轴向分布，磁极是南极S和北极N相邻安装，为便于分析说明，我们先按理想状态将磁性集中视为在图中的黑色粗线上(以三相4磁极12电枢齿为例示范)，并以划线标明二块相邻磁铁的分界。

图2是一个三相12个电枢齿定子按分布式绕制方式的定子M1示意图，图中绕组上的箭头表示绕制方向，绕制方式是跨三个电枢槽围绕二个电枢齿间绕制，同一相绕组相邻二个线圈绕向相反，并且当不计二个线圈中心所在的电枢槽时，二个线圈的中心相隔二个电枢槽。相邻相的绕组是相邻同一个电枢槽放置排列。图中M2是二对四磁极的圆盘形具有轴向磁场的转子的平面图。

图2中U相绕组由U1开始，绕组线圈从电枢齿1的左边电枢槽开始按顺时针方向绕到电枢齿2的右边电枢槽(该线圈的中心在电枢齿1和2的中间)，绕到要求圈数后从电枢齿2的右边电枢槽转出，引到电枢齿5的右边电枢槽，按反时针方向绕到电枢齿4的左边电枢槽(该线圈的中心在电枢齿4和5的中间，与前一个线圈的中心相隔2个电枢槽)，绕到要求圈数后从电枢齿4的左边电枢槽转出，引到电枢齿7的左边电枢槽，按顺时针方向绕到电枢齿8的右边电枢槽(该线圈的中心在电枢齿7和8的中间，与前一个线圈的中心相隔2个电枢槽)，绕到要求圈数后从电枢齿8的右边电枢槽转出，引到电枢齿11的右边电枢槽，按反时针方向绕到电枢齿10的左边电枢槽(该线圈的中心在电枢齿10和11的中间，与前一个线圈的中心也相隔2个电枢槽，同时该线圈的中心与中心在电枢齿1和2中间的第一个线圈也相隔2个电枢槽)，绕到要求圈数后从电枢齿10的左边电枢槽转出为端头U2。

图2中V相绕组由V1开始，绕组线圈从电枢齿3的左边电枢槽开始按顺时针方向绕到电枢齿4的右边电枢槽(该线圈的中心在电枢齿3和4的中间)，绕到要求圈数后从电枢齿4的右边电枢槽转出，引到电枢齿7的右边电枢槽，按反时针方向绕到电枢齿6的左边电枢槽(该线圈的中心在电枢齿6和7的中间，与前一个线圈的中心相隔2个电枢槽)，绕到要求圈数后从电枢齿6的左边电枢槽转出，引到电枢齿9的左边电枢槽，按顺时针方向绕到电枢齿10的右边电枢槽(该线圈的中心在电枢齿9和10的中间，与前一个线圈的中心相隔2个电枢槽)，绕到要求圈数后从电枢齿10的右边电枢槽转出，引到电枢齿13的右边电枢槽，按反时针方向绕到电枢齿12的左边电枢槽(该线圈的中心在电枢齿12和13的中间，与前一个线圈的中心也相隔2个电枢槽，同时该线圈的中心与中心在电枢齿3和4中间的第一个线圈也相隔2个电枢槽)，绕到要求圈数后从电枢齿12的左边电枢槽转出为端头V2。

与上述二相相同方式，在图2中可见W相绕组由W1开始，绕组线圈从电枢齿5的左边电枢槽开始按顺时针方向绕到电枢齿6的右边电枢槽(该线圈的中心在电枢齿5和6的中间)，绕到要求圈数后从电枢齿6的右边电枢槽转出，引到电枢齿9的右边电枢槽，按反时针方向绕到电枢齿8的左边电枢槽(该线圈的中心在电枢齿8和9的中间，与前一个线圈的中心相隔2个电枢槽)，绕到要求圈数后从电枢齿8的左边电枢槽转出，引到电枢齿11的左边电枢槽，按顺时针方向绕到电枢齿12的右边电枢槽(该线圈的中心在电枢齿11和12的中间，与前一个线圈的中心相隔2个电枢槽)，绕到要求圈数后从电枢齿12的右边电枢槽转出，引到电枢齿3的右边电枢槽，按反时针方向绕到电枢齿2的左边电枢槽(该线圈的中心在电枢齿2和3的中间，与前一个线圈的中心也相隔2个电枢槽，同时该线圈的中心与中心在电枢齿5和6中间的第一个线圈也相隔2个电枢槽)，绕到要求圈数后从电枢齿2的左边电枢槽转出为端头W2。

U相第一个线圈围绕电枢齿1和2绕制，V相第一个线圈围绕电枢齿3和4绕制，与U相线圈相邻电枢齿2和3中间的电枢槽，W相第一个线圈围绕电枢齿5和6绕制，与V相线圈相邻电枢齿4和5中间的电枢槽，由此可以看到相邻相的绕组其相邻的一个绕组边在同一个电枢槽放置。三相绕组的绕制方式相同，三相绕组完成后，将一相绕组的起端与相邻相的绕组的末端相连，三相绕组都如此按照一相绕组的起端与相邻相的绕组的末端相连接形成电机定子绕组的三个输入端，形成传统的三角形连接(在电机领域，三角形连接和星形连接都是公知的接法，但从专利角度，在连接上是二个完全不同的电机构造)，如图1中的U1与W2相连接于三相交流电的A相线，V1与U2相连接于三相交流电的B相线，和W1与V2相连接于三相交流电的C相线。

图4还展示了图2的三相定子绕组U1--U2，在当电流+A分别流入于U1和电流-A流出于U2，时各个电枢齿上的磁性图，图上绕组上的箭头是线圈绕制方向也同时表示电流方向，1到12是其定子的电枢齿，U相在各个电枢齿上产生的磁性示意图，S为南极，N是北极。

下面就轴向磁场三角连接三相永磁电机在三相交流电运用时的各个相位变化结合图6到图17对所在定子的电枢齿上产生的磁极变化以及对转子上永磁体磁场的作用力进行分析，以描述本电机的原理和作用机理。

图6到图21和图23中，各个绕组上的箭头表示电流方向，电流由正极+A流入到负极-A流出；各图中虚线表示磁力线方向，磁力线由北极到南极，为了展示清楚三相交流电在各个相位时磁力线情况，我们有意将转子画小一些以便于展示磁力线在这个相位时的情况。为进行理论分析，我们将定子和转子的磁极可以等效在某一点，这种方法在电动力学中作为普遍方法都是常常采用的。另外，为清晰起见，对于没有电流流动的相我们在相应的图中隐去。对于各图中出现的在某一个电枢齿上出现一相绕组通电让它产生南极，而另一相绕组通电让它产生北极的情况，我们在该一个电枢齿以一个小圆圈进行标记，如图4上的电枢齿2，5，8和11，我们称之为电损(电能损失)。为便于分析定子磁场的变化，在电枢齿上标明归一化磁场强度的大小，并以0.9来表明0.866值和以0.4来表明0.433的值(对于二相串联的绕组，在忽略绕组互感情况下，电流为一相绕组的一半，0.866/2＝0.433)。在图6到图21中，所谓“左边”和“右边”是以电枢齿6的中心的左边位置和右边位置来定义的，以便统一观察的方向。

由三相交流电的基础知识我们得知，三相交流电各相在相位上相差120度，这共有知识我们就不给出三相交流电的图了，如当A相为0度时B相是-120度，而C相是120度。

下面以30度为单位来描述各个驱动时刻的定子转子磁极驱动情况(电枢齿上磁场强度大小均按归一化理论，最大值是1，电流为1时，电枢齿上磁场强度也为1，为便于理解，我们把在电枢齿上各相绕组在其上产生的磁场强度合成值标注在该齿的外围上，如1.8S，0.9N等，如一个电枢齿上被一相绕组产生0.9N，又被另外一相产生0.9N，合并在该齿的外围上标注1.8N；一个电枢齿上被一相绕组产生1.0S，又被另外一相产生0.5S，合并在该齿的外围上标注1.5S)，数字后的S和N表示磁极的南北属性，并以A相为相位基准来描述：

0度时，如图6所示，A相为0度，其磁场强度为0；B相为-120度，其磁场强度为-0.866；C相为120度时，其磁场强度为0.866；A相无电流通过，电流由C相流入，B相流出。产生如图6所示的磁极和强度，定子南极合成在电枢齿12，1之间推动转子磁极南极S1反时针转动，北极合成在电枢齿3，4之间，也吸引转子磁极南极S1反时针转动；电枢齿3，4之间的北极也同时推动转子磁极北极N1反时针转动，定子合成在电枢齿6，7之间的南极也吸引转子磁极北极N1反时针转动；电枢齿6，7之间的南极也推动转子上的南极S2反时针转动，北极合成在电枢齿9，10之间，也吸引转子磁极南极S2反时针转动；电枢齿9，10之间的北极也同时推动转子磁极北极N2反时针转动，定子合成在电枢齿12，71之间的南极也吸引转子磁极北极N2反时针转动；如此共同构成了转子的反时针旋转。电枢齿2，5，8和11因受到二个绕组在它们上面产生相反磁性并且等值而磁性为零。

30度时，如图7所示，A相为30度，其磁场强度为0.5；B相为-90度，其磁场强度为-1；C相为150度时，其磁场强度为0.5：电流由C相和A相流入，B相流出。产生如图7所示的磁极和强度，定子南极合成在电枢齿1，推动转子磁极南极S1反时针转动，北极合成在电枢齿4，也吸引转子磁极南极S1反时针转动；电枢齿4的北极也同时推动转子磁极北极N1反时针转动，定子合成在电枢齿7的南极也吸引转子磁极北极N1反时针转动；电枢齿7的南极也推动转子上的南极S2反时针转动，北极合成在电枢齿10，也吸引转子磁极南极S2反时针转动；电枢齿10的北极也同时推动转子磁极北极N2反时针转动，定子合成在电枢齿1的南极也吸引转子磁极北极N2反时针转动；如此共同构成了转子的反时针旋转。

60度时，如图8所示，A相为60度，其磁场强度为0.866；B相为-60度，其磁场强度为-0.866；C相为180度时，其磁场强度为0；电流由A相流入，B相流出。产生如图8所示的磁极和强度，定子南极合成在电枢齿1，2之间，推动转子磁极南极S1反时针转动，北极合成在电枢齿4，5之间，也吸引转子磁极南极S1反时针转动；电枢齿4，5之间的北极也同时推动转子磁极北极N1反时针转动，定子合成在电枢齿7，8之间的南极也吸引转子磁极北极N1反时针转动；电枢齿7，8之间的南极也推动转子上的南极S2反时针转动，北极合成在电枢齿10，11之间，也吸引转子磁极南极S2反时针转动；电枢齿10，11之间的北极也同时推动转子磁极北极N2反时针转动，定子合成在电枢齿1，2之间的南极也吸引转子磁极北极N2反时针转动；如此共同构成了转子的反时针旋转。电枢齿3，6，9和12因受到二个绕组在它们上面产生相反磁性并且等值而磁性为零。

90度时，如图9所示，A相为90度，其磁场强度为1；B相为-30度，其磁场强度为-0.5；C相为210度时，其磁场强度为-0.5；电流由A相流入，B相和C相流出。产生如图9所示的磁极和强度，定子南极合成在电枢齿2，推动转子磁极南极S1反时针转动，北极合成在电枢齿5，也吸引转子磁极南极S1反时针转动；电枢齿5的北极也同时推动转子磁极北极N1反时针转动，定子合成在电枢齿8的南极也吸引转子磁极北极N1反时针转动；电枢齿8的南极也推动转子上的南极S2反时针转动，北极合成在电枢齿11，也吸引转子磁极南极S2反时针转动；电枢齿11的北极也同时推动转子磁极北极N2反时针转动，定子合成在电枢齿2的南极也吸引转子磁极北极N2反时针转动；如此共同构成了转子的反时针旋转。

120度时，如图10所示，A相为120度，其磁场强度为0.866；B相为0度，其磁场强度为0；C相为240度时，其磁场强度为-0.866；电流由A相流入，C相流出。产生如图10所示的磁极和强度，定子南极合成在电枢齿2，3之间，推动转子磁极南极S1反时针转动，北极合成在电枢齿5，6之间，也吸引转子磁极南极S1反时针转动；电枢齿5，6之间的北极也同时推动转子磁极北极N1反时针转动，定子合成在电枢齿8，9之间的南极也吸引转子磁极北极N1反时针转动；电枢齿8，9之间的南极也推动转子上的南极S2反时针转动，北极合成在电枢齿11，12之间，也吸引转子磁极南极S2反时针转动；电枢齿11，12之间的北极也同时推动转子磁极北极N2反时针转动，定子合成在电枢齿2，3之间的南极也吸引转子磁极北极N2反时针转动；如此共同构成了转子的反时针旋转。电枢齿4，7，10和1因受到二个绕组在它们上面产生相反磁性并且等值而磁性为零。

150度时，如图11所示，A相为150度，其磁场强度为0.5；B相为30度，其磁场强度为0.5；C相为270度时，其磁场强度为-1；电流由A相和B相流入，C相流出。产生如图11所示的磁极和强度，定子南极合成在电枢齿3，推动转子磁极南极S1反时针转动，北极合成在电枢齿6，也吸引转子磁极南极S1反时针转动；电枢齿6的北极也同时推动转子磁极北极N1反时针转动，定子合成在电枢齿9的南极也吸引转子磁极北极N1反时针转动；电枢齿9的南极也推动转子上的南极S2反时针转动，北极合成在电枢齿12，也吸引转子磁极南极S2反时针转动；电枢齿12的北极也同时推动转子磁极北极N2反时针转动，定子合成在电枢齿3的南极也吸引转子磁极北极N2反时针转动；如此共同构成了转子的反时针旋转。

180度时，如图12所示，A相为180度，其磁场强度为0；B相为60度，其磁场强度为0.866；C相为300度时，其磁场强度为-0.866；电流由B相流入，C相流出。产生如图12所示的磁极和强度，定子南极合成在电枢齿3，4之间，推动转子磁极南极S1反时针转动，北极合成在电枢齿6，7之间，也吸引转子磁极南极S1反时针转动；电枢齿6，7之间的北极也同时推动转子磁极北极N1反时针转动，定子合成在电枢齿9，10之间的南极也吸引转子磁极北极N1反时针转动；电枢齿9，10之间的南极也推动转子上的南极S2反时针转动，北极合成在电枢齿12，1之间，也吸引转子磁极南极S2反时针转动；电枢齿12，1之间的北极也同时推动转子磁极北极N2反时针转动，定子合成在电枢齿3，4之间的南极也吸引转子磁极北极N2反时针转动；如此共同构成了转子的反时针旋转。电枢齿5，8，11和2因受到二个绕组在它们上面产生相反磁性并且等值而磁性为零。

210度时，如图13所示，A相为210度，其磁场强度为-0.5；B相为90度，其磁场强度为1；C相为330度时，其磁场强度为-0.5；电流由B想流入，A相和C相流出。产生如图13所示的磁极和强度，定子南极合成在电枢齿4，推动转子磁极南极S1反时针转动，北极合成在电枢齿7，也吸引转子磁极南极S1反时针转动；电枢齿7的北极也同时推动转子磁极北极N1反时针转动，定子合成在电枢齿10的南极也吸引转子磁极北极N1反时针转动；电枢齿10的南极也推动转子上的南极S2反时针转动，北极合成在电枢齿1，也吸引转子磁极南极S2反时针转动；电枢齿1的北极也同时推动转子磁极北极N2反时针转动，定子合成在电枢齿4的南极也吸引转子磁极北极N2反时针转动；如此共同构成了转子的反时针旋转。

240度时，如图14所示，A相为240度，其磁场强度为-0.866；B相为120度，其磁场强度为0.866；C相为360度时，其磁场强度为0；电流由B相流入，A相流出。产生如图14所示的磁极和强度，定子南极合成在电枢齿4，5之间，推动转子磁极南极S1反时针转动，北极合成在电枢齿7，8之间，也吸引转子磁极南极S1反时针转动；电枢齿7，8之间的北极也同时推动转子磁极北极N1反时针转动，定子合成在电枢齿10，11之间的南极也吸引转子磁极北极N1反时针转动；电枢齿10，11之间的南极也推动转子上的南极S2反时针转动，北极合成在电枢齿1，2之间，也吸引转子磁极南极S2反时针转动；电枢齿1，2之间的北极也同时推动转子磁极北极N2反时针转动，定子合成在电枢齿4，5之间的南极也吸引转子磁极北极N2反时针转动；如此共同构成了转子的反时针旋转。电枢齿6，9，12和3因受到二个绕组在它们上面产生相反磁性并且等值而磁性为零。

270度时，如图15所示，A相为270度，其磁场强度为-1；B相为150度，其磁场强度为0.5；C相为30度时，其磁场强度为0.5；电流由B相和C相流入，A相流出。产生如图15所示的磁极和强度，定子南极合成在电枢齿5，推动转子磁极南极S1反时针转动，北极合成在电枢齿8，也吸引转子磁极南极S1反时针转动；电枢齿8的北极也同时推动转子磁极北极N1反时针转动，定子合成在电枢齿11的南极也吸引转子磁极北极N1反时针转动；电枢齿11的南极也推动转子上的南极S2反时针转动，北极合成在电枢齿2，也吸引转子磁极南极S2反时针转动；电枢齿4的北极也同时推动转子磁极北极N2反时针转动，定子合成在电枢齿5的南极也吸引转子磁极北极N2反时针转动；如此共同构成了转子的反时针旋转。

300度时，如图16所示，A相为300度，其磁场强度为-0.866；B相为180度，其磁场强度为0；C相为60度时，其磁场强度为0.866；电流由B相和C相流入，A相流出。产生如图16所示的磁极和强度，定子南极合成在电枢齿5，6之间，推动转子磁极南极S1反时针转动，北极合成在电枢齿8，9之间，也吸引转子磁极南极S1反时针转动；电枢齿8，9之间的北极也同时推动转子磁极北极N1反时针转动，定子合成在电枢齿11，12之间的南极也吸引转子磁极北极N1反时针转动；电枢齿11，12之间的南极也推动转子上的南极S2反时针转动，北极合成在电枢齿2，3之间，也吸引转子磁极南极S2反时针转动；电枢齿2，3之间的北极也同时推动转子磁极北极N2反时针转动，定子合成在电枢齿5，6之间的南极也吸引转子磁极北极N2反时针转动；如此共同构成了转子的反时针旋转。电枢齿7，10，1和4因受到二个绕组在它们上面产生相反磁性并且等值而磁性为零。

330度时，如图17所示，A相为330度，其磁场强度为-0-5；B相为210度，其磁场强度为-0.5；C相为90度时，其磁场强度为1；电流由C相流入，A相和B相流出。产生如图17所示的磁极和强度，定子南极合成在电枢齿6，推动转子磁极南极S1反时针转动，北极合成在电枢齿9，也吸引转子磁极南极S1反时针转动；电枢齿9的北极也同时推动转子磁极北极N1反时针转动，定子合成在电枢齿12的南极也吸引转子磁极北极N1反时针转动；电枢齿12的南极也推动转子上的南极S2反时针转动，北极合成在电枢齿3，也吸引转子磁极南极S2反时针转动；电枢齿3的北极也同时推动转子磁极北极N2反时针转动，定子合成在电枢齿6的南极也吸引转子磁极北极N2反时针转动；如此共同构成了转子的反时针旋转。

经过上述三相电源的相位变化和引起的对转子上永磁体的驱动，使转子上永磁体S2的位置转到了在A相为0度时S1的位置，完成了一次电角度的驱动，后面过程就是重复这一过程，实现了电机转子的转动。从上面过程可以看到，电机转子的转动速度是由三相交流电的相位变化引起的，而相位变化的快慢取决于三相交流电的频率，也就是说明轴向磁场三角连接三相永磁电机可以由三相交流变频器由改变输出电流的频率来对其进行转速调节，三相交流变频器输出的三根相线分别接于轴向磁场三角连接三相永磁电机的输入端。

下面描述本发明在用于永磁无刷电机应用时的驱动原理，电机的输入端分别接于无刷电机驱动器对应的三个输出端，电机上的转子磁极的位置传感器采用带锁存的霍尔传感器，在图18到图23中以HA，HB和HC表示，当然也可以用别的传感方式。驱动器采用传统的无刷电机驱动器，其驱动状态有六个，分别是电流流向是由W到V，U到V，U到W，V到W，V到U和W到U，传统的无刷电机驱动器的工作原理在这里就不描述了，在图18到图23中，我们以+A表示电流流入，以-A表示电流流出，同时以N，2S表示该电枢齿上合成磁场的磁性和大小。

驱动状态1时，如图18所示，三个霍尔传感器输出状态为HA＝L，HB＝H和HC＝H；U相无电流通过，故在图中隐去，电流由W1流入，W2流出并流入V2，经V1流出。产生如图18所示的磁极和强度，定子南极合成在电枢齿12，1之间，推动转子磁极南极S1反时针转动，北极合成在电枢齿3，4之间，也吸引转子磁极南极S1反时针转动；电枢齿3，4之间的北极也同时推动转子磁极北极N1反时针转动，定子合成在电枢齿6，7之间的南极也吸引转子磁极北极N1反时针转动；电枢齿6，7之间的南极推动转子上的南极S2反时针转动，北极合成在电枢齿9，10之间，也吸引转子磁极南极S2反时针转动；电枢齿9，10之间的北极同时推动转子磁极北极N2反时针转动，定子合成在电枢齿12，1之间的南极也吸引转子磁极北极N2反时针转动；如此共同构成了转子的反时针旋转。

驱动状态2时，如图19所示，三个霍尔传感器输出状态为HA＝L，HB＝L和HC＝H；W相无电流通过，故在图中隐去，电流由U1流入，U2流出并流入V2，经V1流出。产生如图19所示的磁极和强度，定子南极合成在电枢齿1，2之间，推动转子磁极南极S1反时针转动，北极合成在电枢齿4，5之间，也吸引转子磁极南极S1反时针转动；电枢齿4，5之间的北极也同时推动转子磁极北极N1反时针转动，定子合成在电枢齿7，8之间的南极也吸引转子磁极北极N1反时针转动；电枢齿7，8之间的南极也推动转子上的南极S2反时针转动，北极合成在电枢齿10，11之间，也吸引转子磁极南极S2反时针转动；电枢齿10，11之间的北极也同时推动转子磁极北极N2反时针转动，定子合成在电枢齿1，2之间的南极也吸引转子磁极北极N2反时针转动；如此共同构成了转子的反时针旋转。

驱动状态3时，如图20所示，三个霍尔传感器输出状态为HA＝H，HB＝L和HC＝H；V相无电流通过，故在图中隐去，电流由U1流入，U2流出并流入W2，经W1流出。产生如图20所示的磁极和强度，定子南极合成在电枢齿2，3之间，推动转子磁极南极S1反时针转动，北极合成在电枢齿5，6之间，也吸引转子磁极南极S1反时针转动：电枢齿5，6之间的北极也同时推动转子磁极北极N1反时针转动，定子合成在电枢齿8，9之间的南极也吸引转子磁极北极N1反时针转动；电枢齿8，9之间的南极也推动转子上的南极S2反时针转动，北极合成在电枢齿11，12之间，也吸引转子磁极南极S2反时针转动；电枢齿11，12之间的北极也同时推动转子磁极北极N2反时针转动，定子合成在电枢齿2，3之间的南极也吸引转子磁极北极N2反时针转动；如此共同构成了转子的反时针旋转。

驱动状态4时，如图21所示，三个霍尔传感器输出状态为HA＝H，HB＝L和HC＝L,U相无电流通过，故在图中隐去，电流由V1流入，V2流出并流入W2，经W1流出。产生如图21所示的磁极和强度，定子南极合成在电枢齿3，4之间，推动转子磁极南极S1反时针转动，北极合成在电枢齿6，7之间，也吸引转子磁极南极S1反时针转动；电枢齿6，7之间的北极也同时推动转子磁极北极N1反时针转动，定子合成在电枢齿9，10之间的南极也吸引转子磁极北极N1反时针转动；电枢齿9，10之间的南极也推动转子上的南极S2反时针转动，北极合成在电枢齿12，1之间，也吸引转子磁极南极S2反时针转动；电枢齿12，1之间的北极也同时推动转子磁极北极N2反时针转动，定子合成在电枢齿3，4之间的南极也吸引转子磁极北极N2反时针转动；如此共同构成了转子的反时针旋转。

驱动状态5时，如图22所示，三个霍尔传感器输出状态为HA＝H，HB＝H和HC＝L；W相无电流通过，故在图中隐去，电流由V1流入，V2流出并流入U2，经U1流出。产生如图22所示的磁极和强度，定子南极合成在电枢齿4，5之间，推动转子磁极南极S1反时针转动，北极合成在电枢齿7，8之间，也吸引转子磁极南极S1反时针转动；电枢齿7，8之间的北极也同时推动转子磁极北极N1反时针转动，定子合成在电枢齿10，11之间的南极也吸引转子磁极北极N1反时针转动；电枢齿10，11之间的南极也推动转子上的南极S2反时针转动，北极合成在电枢齿1，2之间，也吸引转子磁极南极S2反时针转动；电枢齿1，2之间的北极也同时推动转子磁极北极N2反时针转动，定子合成在电枢齿4，5之间的南极也吸引转子磁极北极N2反时针转动；如此共同构成了转子的反时针旋转。

驱动状态6时，如图23所示，三个霍尔传感器输出状态为HA＝L，HB＝H和HC＝L；V相无电流通过，故在图中隐去，电流由W1流入，W2流出并流入U2，经U1流出。产生如图23所示的磁极和强度，定子南极合成在电枢齿5，6之间，推动转子磁极南极S1反时针转动，北极合成在电枢齿8，9之间，也吸引转子磁极南极S1反时针转动；电枢齿8，9之间的北极也同时推动转子磁极北极N1反时针转动，定子合成在电枢齿11，12之间的南极也吸引转子磁极北极N1反时针转动；电枢齿11，12之间的南极也推动转子上的南极S2反时针转动，北极合成在电枢齿2，3之间，也吸引转子磁极南极S2反时针转动；电枢齿2，3之间的北极也同时推动转子磁极北极N2反时针转动，定子合成在电枢齿5，6之间的南极也吸引转子磁极北极N2反时针转动；如此共同构成了转子的反时针旋转。

经过上述6个驱动状态对转子上永磁体的驱动，使转子上永磁体S2的位置转到了在驱动状态1时S1的位置，完成了一次电角度的驱动，后面过程就是重复这一过程，实现了电机转子的转动。电机转子的转动速度是由驱动器进行转速调节。

本发明提供了轴向磁场三角连接三相永磁电机的各相绕组的绕制方式和对各相绕组在三相交流电输入时各个相位情况下对安装有永磁体的电机转子进行了驱动，以及在作为高效无刷电机经无刷电机驱动器驱动，达到提高三相交流电实现电能和机械能的转换效率，满足相应的工业应用并具有重大的意义。

对于本领域技术人员而言，显然本发明包含但不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。特别要指出的是，一般来讲，为了便于生产，少出差错，三相绕组都是按相同方法制作，对于将其中一相绕组按相反于其他二组绕向的方式来绕制的做法(如图24将V相绕线方向与其他二相绕向相反，图中箭头表示绕制方向)，只需将该相绕组起始端和结束端交换连接就构成本电机的绕制方式，并不构成本质区别(以A相在30度驱动时为例，将其原接于B相的V1改接于V2，并将其原接于C相的V2改接于V1，图25与图7构成完全相同的定子驱动磁场)，也就是交换该相绕组的起始端和结束端再按上面方法连接构成了相同的电气驱动特性，对于无刷电机也有相同的电气驱动特性，这些都视为本发明。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.轴向磁场三角连接三相永磁电机，包括电机定子和永磁体转子，其特征是：轴向磁场三相永磁电机定子平面与电机轴相垂直，导磁体材料构成的定子上按径向构造有用于绕制定子线圈的电枢齿，电枢齿构成的平面与电机转轴相垂直，电枢齿之间有用于绕制三相定子绕组的电枢槽，定子上电枢齿之间按跨三个电枢槽围绕二个电枢齿绕制定子线圈的方式绕制有三相定子绕组，通电驱动时产生轴向磁场；转子上永磁体的安装平面也与电机转轴相垂直，其磁力线按轴向分布，转子上永磁体的磁极南极北极相邻排列，通电驱动时转子上每一个南极和北极都同时被定子线圈产生的磁场的排斥力和吸引力进行驱动；三相绕组之间采用三角连接，在应用于三相交流电时三相定子绕组的输入端分别接于三相交流电的三根相线；在应用于永磁无刷电机时三相定子绕组的输入端分别接于无刷电机驱动器的三个输出端。

2.根据权利要求1所述的轴向磁场三角连接三相永磁电机，其特征是：硅钢片叠加而成的定子其电枢齿上同一相绕组的绕制方式是在跨三个电枢槽围绕二个电枢齿绕制，同一相绕组相邻二个线圈绕向相反，并且当不计相邻二个线圈中心所在的电枢槽时，二个线圈的中心相隔二个电枢槽；三相绕组的绕制方式相同；相邻相的绕组其相邻的一个绕组边在同一个电枢槽放置；三相绕组完成后，将一相绕组的起端与相邻相的绕组的末端相连，三相绕组都如此按照一相绕组的起端与相邻相的绕组的末端相连接形成绕组的三个输入端，组成传统的三角形连接；在三相绕组的其中一相绕组绕向相反于其他二相绕组绕向时，交换该相绕组的起始端和结束端再按上面方法连接构成相同的电气特性。

3.根据权利要求1所述的轴向磁场三角连接三相永磁电机，其特征是：电机转子上永磁体的安装平面与电机轴相垂直，安装的永磁体的磁力线按轴向分布，永磁体的磁极南极北极相邻排列。

4.根据权利要求1所述的轴向磁场三角连接三相永磁电机，其特征是：轴向磁场三相永磁电机的永磁体转子上的磁极数量与定子绕组相数和定子上按单面计电枢槽数的关系是：定子上按单面计的电枢槽数等于转子上永磁体按单面计的南极与北极之和的数量乘以定子绕组相数3。

5.根据权利要求1所述的轴向磁场三角连接三相永磁电机，其特征是：在应用于三相交流电时，定子上三相绕组的输入端分别接于三相交流电的三根相线上，三相交流电各相相位相差120度，由三相交流电驱动电机转子旋转。

6.根据权利要求1所述的轴向磁场三角连接三相永磁电机，其特征是：在应用于永磁无刷电机时，定子上三相绕组的输入端分别接于无刷电机驱动器对应的三个输出端，由具有输出六个驱动状态的无刷电机驱动器驱动电机转子旋转。

7.根据权利要求1所述的轴向磁场三角连接三相永磁电机，其特征是：在应用于三相交流电时，电机转子转动速度由能改变输出频率的各相相位相差120度的三相交流变频器进行调节，三相交流变频器输出的三根相线分别接于定子上三相绕组的三个输入端上。